【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自動(dòng)錄播系統(tǒng)在在教學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，自動(dòng)錄播系統(tǒng)可以將課堂教學(xué)過(guò)程進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)直播，提高優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享程度和教育資源的利用效率。

【關(guān)鍵詞】錄播系統(tǒng) 目標(biāo)定位 關(guān)鍵技術(shù)

一、 自動(dòng)錄播系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

（一）目標(biāo)跟蹤定位技術(shù)

目標(biāo)跟蹤就是在圖序列中識(shí)別出目標(biāo)并對(duì)其進(jìn)行精確定位，以獲取目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的各個(gè)參數(shù)，進(jìn)而對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行處理與分析。目前，目標(biāo)跟蹤定位主要有紅外定位、超聲波定位、圖像定位技術(shù)這幾種。

1.紅外線定位跟蹤技術(shù)

紅外跟蹤技術(shù)主要是根據(jù)自然界中的任何物體都存在紅外輻射，而且不同物體甚至同一物體的不同部發(fā)射出的紅外線的波長(zhǎng)也各不相同，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定目標(biāo)的空間位置并對(duì)其運(yùn)動(dòng)路線進(jìn)行跟蹤。其基本設(shè)備是紅外發(fā)射源和紅外接收裝置，通過(guò)紅外信號(hào)的變化，攝像機(jī)跟蹤定位攝像。教師身上攜帶一個(gè)紅外發(fā)射裝置，紅外接收裝置可以通過(guò)收到的紅外信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)教師的跟蹤與準(zhǔn)確定位。同理，學(xué)生的定位也是如此，對(duì)拍攝對(duì)象的準(zhǔn)確定位后，驅(qū)動(dòng)攝像機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到這個(gè)預(yù)置位，就可以對(duì)教師或?qū)W生拍攝特寫(xiě)鏡頭。

2.超聲波定位技術(shù)

超聲波定位技術(shù)主要用在多機(jī)位板書(shū)定位系統(tǒng)上，通常會(huì)在黑板的下沿安裝多個(gè)超聲波感應(yīng)頭，不同的攝像機(jī)對(duì)應(yīng)不同的感應(yīng)頭。當(dāng)主講教師靠近黑板書(shū)寫(xiě)時(shí)，超聲波感應(yīng)頭就能檢測(cè)到人體， 對(duì)講臺(tái)前的人進(jìn)行定位，不受光線、溫度等影響，并立即觸發(fā)相對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)對(duì)教師的板書(shū)畫(huà)面進(jìn)行拍攝， 實(shí)現(xiàn)對(duì)拍攝對(duì)象的準(zhǔn)確定位，并把該畫(huà)面切入到自動(dòng)編輯機(jī)中進(jìn)行編輯處理。但超聲波定位技術(shù)也存在其缺點(diǎn)，就是由于超聲波發(fā)射角度過(guò)大，導(dǎo)致了拍攝方位的精度較為低下，可能會(huì)出現(xiàn)視頻信號(hào)來(lái)回切或攝像機(jī)頻繁左右搖擺的情況，最后造成空畫(huà)面或者無(wú)效畫(huà)面。

3.圖像識(shí)別定位技術(shù)

圖像定位技術(shù)是基于圖像的對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行偵測(cè)的一種新技術(shù)，計(jì)算機(jī)或其他儀器設(shè)備根據(jù)某種算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤與定位，并可以智能的根據(jù)目標(biāo)的位置和動(dòng)向采取相應(yīng)措施，只要目標(biāo)始終在其拍攝范圍內(nèi)，就可以通過(guò)鏡頭的推、拉等變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)拍攝對(duì)象的定位和自動(dòng)跟蹤。它很好的克服了紅外線和超聲波容易受到干擾等缺陷，無(wú)需教師或者學(xué)生攜帶任何無(wú)線發(fā)射裝置。圖像定位技術(shù)定位拍攝對(duì)象是根據(jù)定位攝像機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以學(xué)生的定位為例：由于學(xué)生坐在座位上和站起來(lái)回答問(wèn)題這兩者的高度不同，所以圖像定位技術(shù)是根據(jù)學(xué)生在畫(huà)面中的高度的不同來(lái)判定學(xué)生是不是在回答問(wèn)題。當(dāng)某學(xué)生超過(guò)預(yù)先設(shè)定的高度時(shí)，定位攝像機(jī)就可以判定該學(xué)生要回答問(wèn)題，這樣就會(huì)自動(dòng)把拍攝攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)該學(xué)生，進(jìn)行準(zhǔn)確的追蹤拍攝。但對(duì)于階梯教室來(lái)說(shuō)，因?yàn)槠涞孛娌辉谕黄矫妫容^難設(shè)定一條固定的觸發(fā)高度線，不適合圖像定位系統(tǒng)的使用。

（二）圖像解析度轉(zhuǎn)換技術(shù)

在錄播系統(tǒng)中，圖像解析度轉(zhuǎn)換技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，自動(dòng)錄播系統(tǒng)中有教師、學(xué)生的視頻信號(hào)，計(jì)算機(jī)信號(hào)等，每種視頻信號(hào)的圖像解析度不同，這就需要在編輯合成時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖像解析度的表示方法是圖像的橫向像素?cái)?shù)X圖像的縱向像素?cái)?shù)，如720x576它表示該圖像的解析度，隨著乘號(hào)兩邊數(shù)字的增加，圖像的解析度也會(huì)隨之變高，圖像也就越清晰。

圖像解析度轉(zhuǎn)換器可以將具有一定分辨率的視頻或者計(jì)算機(jī)視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成另一種分辨率的信號(hào)，它有升頻器、降頻器和計(jì)算機(jī)圖像頻率轉(zhuǎn)換器這三種，升頻器與降頻器是實(shí)現(xiàn)NTSC或者PAL視頻信號(hào)與高分辨率的RGB信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，計(jì)算機(jī)圖像頻率轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的是不同分辨率的計(jì)算機(jī)信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，如圖1所示。解析度轉(zhuǎn)換器在某些系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。如在音視頻系統(tǒng)中，若視頻信號(hào)要被轉(zhuǎn)成與顯示器的固有分辨率相匹配時(shí)，僅需要一個(gè)RGBHV接口，系統(tǒng)就可以和顯示設(shè)備連接。

（三）數(shù)據(jù)壓縮和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

自動(dòng)錄播系統(tǒng)原始視音頻數(shù)據(jù)量很大，但它要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步直播，邊拍攝畫(huà)面、邊壓縮信號(hào)，同時(shí)把數(shù)據(jù)信號(hào)向網(wǎng)絡(luò)直播的功能，必須保持?jǐn)?shù)據(jù)量小，才能實(shí)現(xiàn)直播信號(hào)流暢，這顯得數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)尤為關(guān)鍵。只有好的壓縮技術(shù)才能把壓縮比最大，并保持畫(huà)面質(zhì)量最佳。以高清視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)為例，當(dāng)今有三種主要的壓縮標(biāo)準(zhǔn)：MPEG -2、WMV-HD、H.264。WMV-HD相對(duì)于MPEG-2，WMV-HD 的壓縮比更高，在錄播系統(tǒng)中一般采用微軟的WMV標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮。

（四）網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

教學(xué)自動(dòng)錄播系統(tǒng)需要在教師機(jī)和服務(wù)器、服務(wù)器和學(xué)生機(jī)之間都需要網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)課件視頻資源的傳輸，所以傳輸技術(shù)對(duì)錄播效果的好壞有著重大的影響。好的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和通信協(xié)議的選擇對(duì)于流媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性至關(guān)重要。

如圖2所示，由加利福尼亞大學(xué)Berkeley分校開(kāi)發(fā)的套接字（Socket）技術(shù)剛開(kāi)始開(kāi)發(fā)是專門(mén)用于 Unix 系統(tǒng)所需要的網(wǎng)絡(luò)通信接口。目前，Socket已經(jīng)成為最為流行和通用的一種接口，并主要為各種網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用程序服務(wù)。Socket主要是實(shí)現(xiàn)了具體的一個(gè)通信的端點(diǎn)，各層次的用戶都可以在它基礎(chǔ)之上開(kāi)發(fā)所需要的 Socket 應(yīng)用程序，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。一般來(lái)說(shuō)，利用TCP協(xié)議或者UDP協(xié)議進(jìn)行傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸也是可以達(dá)到要求的，但是錄播系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較高，為了實(shí)現(xiàn)流媒體數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性，需要采用RTP實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議來(lái)完成。

（五）實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議 RTP/RTCP

RTP（Real-time Transport Protocol）是在因特網(wǎng)上處理多媒體數(shù)據(jù)流的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提供具有實(shí)時(shí)性、端到端特性的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。其協(xié)議由兩個(gè)相關(guān)的協(xié)議 RTP 和 RTCP 組成，且位于應(yīng)用層和傳輸層之間，RTP數(shù)據(jù)采用UDP/IP包的形式來(lái)封裝。此外其也可以在 TCP 等其他協(xié)議之上工作。UDP協(xié)議是無(wú)序無(wú)連接的不可靠的傳輸協(xié)議，通過(guò)相互獨(dú)立的包進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有效率高、延時(shí)小的優(yōu)勢(shì)。圖3所示的是面向此類無(wú)連接的通信過(guò)程示意圖。

二、課堂自動(dòng)錄播系統(tǒng)的應(yīng)用

錄播系統(tǒng)建設(shè)最初是由高校開(kāi)始興起，近幾年，課程錄播教室的建設(shè)正在不斷深入發(fā)展，國(guó)內(nèi)職業(yè)學(xué)習(xí)的實(shí)習(xí)教室以及中小學(xué)教育也逐漸使用課程錄播，其應(yīng)用范圍主要有以下方面：

（一）制作網(wǎng)絡(luò)精品課件，構(gòu)建教學(xué)資源庫(kù)

自動(dòng)錄播系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)錄制教師講課的課件、展臺(tái)展示的內(nèi)容、講課的整個(gè)過(guò)程，也可以通過(guò)智能場(chǎng)景切換，將教師和學(xué)生的互動(dòng)過(guò)程錄制下來(lái)。在后期對(duì)錄像文件進(jìn)行刪減、合成、索引等編輯，形成可供學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行點(diǎn)播、下載的課件，構(gòu)建學(xué)校精品教學(xué)資源庫(kù)，方便老師與學(xué)生教與學(xué)的綜合應(yīng)用。這樣學(xué)生就可以在課后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播上課時(shí)老師講授的內(nèi)容要點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多遍回顧，進(jìn)而反思自我的學(xué)習(xí)過(guò)程。對(duì)于老師來(lái)說(shuō)，可以在課后反復(fù)觀看錄制下來(lái)的內(nèi)容，找出自己上課的不足之處，并給予及時(shí)糾正，提高自己的教學(xué)水平。用錄播系統(tǒng)還可以將一些優(yōu)秀教師的精品課程錄制下來(lái)，建設(shè)一個(gè)精品教學(xué)資源庫(kù)，供同行學(xué)習(xí)和參考。

（二）建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

教學(xué)錄播系統(tǒng)可提供 B/S 和 C/S 兩種結(jié)構(gòu)的資源管理平臺(tái)，為上傳課件和教師資源上傳點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)課程提供了開(kāi)放式的管理平臺(tái)。老師上完課后，錄制的教學(xué)視頻會(huì)自動(dòng)生成并上傳到服務(wù)器端，老師有權(quán)限對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行分類管理。管理平臺(tái)全面支持基于各種計(jì)算機(jī)終端對(duì)教學(xué)課件庫(kù)資源的訪問(wèn)、瀏覽器查詢及下載應(yīng)用，不限制學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和遠(yuǎn)程教育。

（三）遠(yuǎn)程教學(xué)應(yīng)用

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，學(xué)校的教學(xué)方式從單純的課堂授課發(fā)展到了與網(wǎng)絡(luò)授課相結(jié)合的多種形式。通過(guò)課程錄播系統(tǒng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)不再受空間和時(shí)間的限制，可以進(jìn)行課件的網(wǎng)絡(luò)直播和隨時(shí)進(jìn)行課后的點(diǎn)播學(xué)習(xí)，學(xué)生遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)等，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)這種快捷方便的方式，享受到優(yōu)秀的教學(xué)資源。

三、 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)錄播系統(tǒng)可以記錄教師課堂講課的整個(gè)過(guò)程，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享，展現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源和水平，用于教學(xué)交流和網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)，可以很好的滿足課程錄制、教師教研、學(xué)生學(xué)習(xí)等方面的需要。

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